司 云

1 概述

麗澤花苑住宅小區(qū)工程項(xiàng)目場(chǎng)地位于山西省太原市汾河西岸，場(chǎng)地地貌單元屬汾河西岸河漫灘。上部地層的砂層厚，顆粒粗，離河床遠(yuǎn)的顆粒細(xì)，粉質(zhì)粘土、粉土層厚。根據(jù)勘察結(jié)果，該場(chǎng)地地基土層最上層為雜填土，主要由混凝土塊、爐渣、磚塊、塑料袋、白灰等建筑垃圾和生活垃圾組成，不均勻，松散，層厚 0.5m～9.5m。在沖擊鉆孔過(guò)程中常常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。我們結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，對(duì)塌孔原因進(jìn)行了分析，依據(jù)對(duì)紅土的化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果及分析的理論研究，提出了改變工程鉆孔泥漿的比重及固相含量和采用加紅土孔內(nèi)造漿護(hù)壁的嘗試措施。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明，措施可靠有效且經(jīng)濟(jì)成本低。改用新的施工方法后，塌孔現(xiàn)象大幅度減少，提高了成孔率。本工程鋼筋混凝土灌注樁采用封閉式樁端側(cè)后壓漿技術(shù)注漿，基樁設(shè)計(jì)直徑 800，工程樁樁長(zhǎng)為40.1m，錨樁和試樁為46.6m，基樁須作單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)以確定單樁豎向抗壓承載力特征值大于 5 500 kN。護(hù)筒按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求埋設(shè)，采用沖擊鉆機(jī)鉆孔，自備泥漿護(hù)壁和掏渣法排渣。鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樁基普遍存在塌孔現(xiàn)象，鉆孔深度在 8m～10m時(shí)出現(xiàn)塌孔，位置約在護(hù)筒底下 2m范圍。經(jīng)測(cè)護(hù)筒底部2m左右泥漿相對(duì)密度在1.02～1.05之間，8m～10m泥漿相對(duì)密度為 1.2～1.4。護(hù)筒內(nèi)水位高于地下水位 2m以上，設(shè)計(jì)和施工中均無(wú)承壓水。塌孔嚴(yán)重地困擾著工程進(jìn)度，項(xiàng)目部專(zhuān)門(mén)聘請(qǐng)了包括設(shè)計(jì)院、巖土工程技術(shù)專(zhuān)家等組成的專(zhuān)家組到工地現(xiàn)場(chǎng)研究解決辦法。但是，出于經(jīng)濟(jì)成本的考慮，最后我們還是自力更生，充分依靠廣大的現(xiàn)場(chǎng)施工人員、技術(shù)人員的集體經(jīng)驗(yàn)和智慧，經(jīng)過(guò)多方嘗試，終于克服這一施工難題。但是，基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究進(jìn)展和成果資料的不足，在理論上仍然存在驗(yàn)證不足的問(wèn)題，有待進(jìn)一步深入研究。

2 塌孔原因分析

常規(guī)來(lái)說(shuō)，沖擊鉆孔塌孔原因主要有提升、下落沖錘、掏渣筒帶動(dòng)漿液沖擊擾動(dòng)孔壁或相鄰近機(jī)組作業(yè)振動(dòng)影響和放鋼筋骨架時(shí)碰撞護(hù)壁;護(hù)筒底漏水使護(hù)筒底懸空或護(hù)筒長(zhǎng)度太短;未及時(shí)向孔內(nèi)加泥漿，孔內(nèi)泥漿面低于孔外水位;泥漿密度不合理;孔內(nèi)有承壓水;清孔排渣沒(méi)有保持孔內(nèi)水頭、泥漿泵注漿朝向孔壁;鉆孔進(jìn)尺太快等。經(jīng)過(guò)深入分析和研究麗澤花苑高層住宅樓樁基工程中的塌孔，主要原因歸納有以下三點(diǎn):

1)本工程自然地坪以下 0.5m～9.5m層厚范圍內(nèi)以生活及建筑垃圾為主的雜填土層，鉆孔時(shí)的振動(dòng)使護(hù)筒周?chē)偷撞客翆犹?、漏水?)在雜填土層中，對(duì)較大塊的建筑混凝土垃圾，下落沖錘的沖擊力小打不碎混凝土垃圾塊，也不能把它擠到孔壁處，而沖擊力大就造成塌孔。3)投泥造漿過(guò)程中因鉆頭主要在鉆孔樁底部運(yùn)動(dòng)，所以底部泥漿密度大，而孔頂部泥漿密度過(guò)小，造成上下段泥漿護(hù)壁不均，不能對(duì)孔壁形成上下一致的保護(hù)作用。

3 塌孔預(yù)防及處理措施

1)避免群機(jī)近距離作業(yè)，采用分散跳打的施工方法和措施，把鄰機(jī)作業(yè)相互振動(dòng)影響的因素降低到最低點(diǎn)。

2)調(diào)整鉆孔泥漿的比重。

a.鉆孔泥漿組成及作用。鉆孔泥漿由水、膨潤(rùn)土和添加劑組成。具有懸浮鉆渣、冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止塌孔的作用。調(diào)制的鉆孔泥漿及經(jīng)過(guò)循環(huán)凈化的泥漿，應(yīng)根據(jù)鉆孔方法和地層情況來(lái)確定泥漿稠度，泥漿稠度應(yīng)視地層變化或操作要求機(jī)動(dòng)掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護(hù)壁效果差;泥漿太稠，會(huì)削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進(jìn)速度。b.鉆孔泥漿比重及固相含量對(duì)成孔的影響。工程鉆孔泥漿的主要性能有:泥漿的比重和固相含量，泥漿的流變特性(泥漿粘度和切力)，泥漿的濾失性能(泥漿的失水量和泥皮厚度)以及泥漿的含砂量、潤(rùn)滑性、膠體率和pH值等。每一個(gè)性能的變化都直接影響著機(jī)械鉆速、孔壁穩(wěn)定、孔內(nèi)凈化、鉆頭壽命等一系列的成孔工藝問(wèn)題。工程鉆孔泥漿的最大特點(diǎn)是:循環(huán)過(guò)程中在壓差作用下能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁，在循環(huán)停止時(shí)，泥漿能很快轉(zhuǎn)為溶膠狀而懸浮巖屑，防止巖屑過(guò)多的沉淀而引起塌孔。在成孔過(guò)程中防止漏失、涌水和維護(hù)孔壁的穩(wěn)定，重要的一點(diǎn)是要維持鉆孔—地層間的力的平衡。而孔內(nèi)靜液柱壓力的大小和孔內(nèi)液柱的比重以及垂直高度有關(guān)。即:Ps(靜液柱壓力)= 0.1r(比重)×H(液柱垂直高度);從公式中可以看出在孔深H一定時(shí)，液柱壓力值決定于比重r。所以，比重的大小直接影響著孔壁穩(wěn)定、機(jī)械鉆速和水下混凝土的灌注。根據(jù)工程地質(zhì)條件的不同，當(dāng)工程鉆泥漿的比重r＜1.15時(shí)，不能維持鉆孔和地層間力的平衡，不能起到護(hù)壁作用，導(dǎo)致塌孔。當(dāng)工程鉆泥漿的比重 r＞(1.25～1.30)時(shí)，雖然能維護(hù)鉆孔和地層間力的平衡，但是泥漿比重大時(shí)所帶來(lái)的對(duì)施工不良影響卻不少，而工程鉆孔泥漿比重大(r＞1.25)的主要因素是泥漿中的無(wú)用固相(即巖屑)含量高所致。所以，根據(jù)本工程的特殊地質(zhì)條件，適當(dāng)調(diào)整泥漿比重對(duì)成孔起著非常關(guān)鍵的作用。c.改善泥漿的性能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)。沖擊鉆進(jìn)時(shí)泥漿的調(diào)制是采用鉆錐上下攪動(dòng)而產(chǎn)生的，泥漿的性能指標(biāo)主要有相對(duì)密度、粘度、靜切力、含砂率、膠體率、酸堿度。泥漿各指標(biāo)的測(cè)定時(shí)間為開(kāi)始制漿和每班開(kāi)始工作時(shí)，測(cè)定一次全套泥漿指標(biāo)，以后每隔 2h測(cè)定鉆孔口和孔底(用鉆具取出)的相對(duì)密度、粘度和含砂率。鉆進(jìn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)泥漿含砂量太高以致相對(duì)密度過(guò)大的情況，采用掏渣筒放入孔內(nèi)，不進(jìn)尺只將鉆渣掏出，待含砂率和相對(duì)密度符合要求后，再補(bǔ)充合格的泥漿。

3)增加護(hù)筒長(zhǎng)度。

麗澤花苑工地的雜填土層厚為0.5m～9.5m，先下入6m護(hù)筒開(kāi)孔，待孔深達(dá)到適宜的深度時(shí)，再在護(hù)筒內(nèi)側(cè)加入 10m護(hù)筒，將雜填土護(hù)住，為避免塌孔起到了關(guān)鍵作用。

4)改進(jìn)鉆孔工藝。

開(kāi)孔及整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，始終保持孔內(nèi)水位高出地下水位1.5m～2.0m。護(hù)筒底腳以下 2m～4m范圍內(nèi)比較松散，采用濃泥漿、小沖程、高頻率反復(fù)沖砸，使孔壁堅(jiān)實(shí)不塌不漏。

及時(shí)掏渣。在開(kāi)孔階段為使鉆渣擠入孔壁，鉆進(jìn) 4m～5 m后再掏渣，正常鉆進(jìn)每進(jìn)尺0.5m～1.0m時(shí)掏渣一次，掏至泥漿內(nèi)含渣顯著減少、無(wú)粗顆粒、相對(duì)密度恢復(fù)正常為止。掏渣后及時(shí)向孔內(nèi)添加泥漿以維護(hù)水頭高度。平穩(wěn)起吊沖擊錐，防止沖撞護(hù)筒和孔壁。

5)加干紅土在孔內(nèi)造漿護(hù)壁提高成孔率效果顯著。實(shí)踐中，我們嘗試在雜填土(多為生活和建筑垃圾)和砂石地層上鉆孔時(shí)，添加干紅土并在孔內(nèi)造漿護(hù)壁的工藝。具體用量是樁孔深為 45m時(shí)，加填 50裝載機(jī)的一鏟紅土，一鏟容量約為3.5m3(50裝載機(jī)的鏟斗標(biāo)準(zhǔn)容量是 3m3)。施工人員使用鐵鍬一邊隨著鉆孔泥漿流入樁孔中一邊撒干紅土，直到成孔結(jié)束。

4 加干紅土提高成孔率的理論依據(jù)

4.1 紅土的化學(xué)成分

紅土是母巖經(jīng)歷不同程度的紅土風(fēng)化作用形成的。研究結(jié)果表明，紅土的化學(xué)成分都是以SiO2，F(xiàn)e2O3和Al2O3為主，隨著SiO2含量的減少，F(xiàn)e2O3，Al2O3和R2O3的含量增大，而紅土的pH值、燒矢量隨著 R2O3含量的增大而增大。紅土是一種富含鐵、鋁氧化物，粘粒含量較高、幾乎不含鹽基成分的紅色粘性土，具有特殊工程地質(zhì)性質(zhì)。紅土處于酸性環(huán)境，顆粒之間主要靠膠結(jié)連接、結(jié)合水連接為主。

4.2 pH值對(duì)鐵離子化學(xué)力學(xué)效應(yīng)的影響

不同pH值、循環(huán)流動(dòng)的(Na，F(xiàn)e)(OH)Cl3水溶液浸泡后的紅土試件在飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度和壓縮性試驗(yàn)結(jié)果如圖 1，圖 2所示。

由此可知，含鐵離子物質(zhì)與水作用后的化學(xué)反應(yīng)對(duì)紅土體確實(shí)存在正反兩方面的雙向性力學(xué)效應(yīng)。含鐵離子物質(zhì)對(duì)土體的雙向性力學(xué)效應(yīng)受環(huán)境水溶液的pH值和化學(xué)成分的控制。酸性水溶液使含鐵離子物質(zhì)膠結(jié)作用增強(qiáng)，使紅土強(qiáng)度提高，形成正方向的力學(xué)效應(yīng);堿性水溶液使含鐵離子物質(zhì)的膠結(jié)作用降低，形成負(fù)方向的力學(xué)效應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)盡量避免群機(jī)近距離作業(yè)，采用分散跳打的施工方法、改善泥漿的性能，定時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)、增加護(hù)筒長(zhǎng)度和優(yōu)化護(hù)筒埋設(shè)方法、改進(jìn)鉆孔工藝和加干紅土孔內(nèi)造漿護(hù)壁等一系列措施，在工程實(shí)踐中證實(shí)在雜填土層上塌孔的現(xiàn)象確實(shí)大幅度減少了，提高了成孔率。同時(shí)，注意掏渣法排渣時(shí)應(yīng)采取措施，使泥漿沉淀后及時(shí)循環(huán);加強(qiáng)對(duì)護(hù)筒底周?chē)酀{密度的檢測(cè)，吊入鋼筋骨架時(shí)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心豎直插入，鋼筋籠入孔時(shí)必須扶正，嚴(yán)防籠子觸及孔壁，以保證鉆孔和灌注混凝土的順利進(jìn)行。另外，成孔后及時(shí)下籠焊接，盡量減少下籠焊接和下導(dǎo)管的時(shí)間，適時(shí)正確灌注混凝土，也是保證不塌孔的重要一環(huán)。

[1] 史佩棟.實(shí)用樁基工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2] 高大釗，趙春風(fēng).樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3] 王 清，陳劍平，馬麗英.中國(guó)紅土的研究與地基承載力的評(píng)價(jià)[J].探礦工程，1995(4):15-17.